【Java网络编程总结-02】

一、常见的网络协议

从下面这张图可以看出TCP/IP协议簇中不同的层次中有着很多不同的网络协议，下面主要介绍传输层的TCP、UDP协议和应用层的HTTP协议。

1. TCP协议

• 简介

TCP（Transmission Control Protocol ，传输控制协议）是面向连接的传输层协议。TCP层是位于IP层之上，应用层之下的中间层。不同主机的应用层之间经常需要可靠的、像管道一样的连接，但是IP层不提供这样的流机制，而是提供不可靠的包交换。TCP协议采用字节流传输数据。

• TCP报文段格式

TCP报文段包括 协议首部 和 数据 两部分，协议首部的固定部分有20个字节，首部的固定部分后面是选项部分。

 

下面是报文段首部各个字段的含义。

1. 源端口号以及目的端口号，各占2个字节，端口是传输层和应用层的服务接口，用于寻找发送端和接收端的进程，一般来讲，通过端口号和IP地址，可以唯一确定一个TCP连接，在网络编程中，通常被称为一个socket接口。
2. 序号，占4字节，用来标识从TCP发送端向TCP接收端发送的数据字节流。
3. 确认序号，占4字节，包含发送确认的一端所期望收到的下一个序号，因此，确认序号应该是上次已经成功收到数据字节序号加1.
4. 数据偏移，占4位，用于指出TCP首部长度，若不存在选项，则这个值为20字节，数据偏移的最大值为60字节。
5. 保留字段占6位，暂时可忽略，值全为0
6. 标志位
   URG（紧急） : 为1时表明紧急指针字段有效
   ACK（确认）：为1时表明确认号字段有效
   PSH（推送）：为1时接收方应尽快将这个报文段交给应用层
   RST（复位）：为1时表明TCP连接出现故障必须重建连接
   SYN（同步）：在连接建立时用来同步序号
   FIN （终止）： 为1时表明发送端数据发送完毕要求释放连接
7. 接收窗口占2个字节，用于流量控制和拥塞控制，表示当前接收缓冲区的大小。在计算机网络中，通常是用接收方的接收能力的大小来控制发送方的数据发送量。TCP连接的一端根据缓冲区大小确定自己的接收窗口值，告诉对方，使对方可以确定发送数据的字节数。
8. 校验和占2个字节，范围包括首部和数据两部分。
9. 选项是可选的，默认情况是不选。

• 三次握手与四次挥手

简述一下TCP的标志位，有助于理解下面的图片

SYN(synchronous建立联机)

ACK(acknowledgement 确认)

PSH(push传送)

FIN(finish结束)

RST(reset重置)

URG(urgent紧急)

Sequence number(顺序号码)

Acknowledge number(确认号码)
 

TCP是面向连接的协议，因此每个TCP连接都有3个阶段：连接建立、数据传送 和 连接释放。连接建立经历三个步骤，通常称为“三次握手”。

TCP三次握手过程如下：

 

1. 第一次握手
   客户机发送连接请求报文段到服务器，并进入LISTEN状态，等待服务器确认。（SYN = 1,seq=x）
2. 第二次握手
   服务器收到连接请求报文，如果同意建立连接，向客户机发回确认报文段，并为该TCP连接分配TCP缓存和变量。(SYN=1,ACK=1,seq=y,ack=x+1)。
3. 第三次握手
   客户机收到服务器的确认报文段后，向服务器给出确认报文段，并且也要给该连接分配缓存和变量。此包发送完毕，客户端和服务器进入ESTABLISHED（TCP连接成功）状态，完成三次握手。(ACK=1,seq=x+1,ack=y+1)。

 

 

TCP四次挥手过程如下：

 

由于TCP连接是全双工的，因此每个方向都必须单独进行关闭。这原则是当一方完成它的数据发送任务后就能发送一个FIN来终止这个方向的连接。收到一个 FIN只意味着这一方向上没有数据流动，一个TCP连接在收到一个FIN后仍能发送数据。首先进行关闭的一方将执行主动关闭，而另一方执行被动关闭。

1. TCP客户端发送一个FIN，用来关闭客户到服务器的数据传送。
2. 服务器收到这个FIN，它发回一个ACK，确认序号为收到的序号加1。一个FIN将占用一个序号。
3. 服务器关闭客户端的连接，发送一个FIN给客户端。
4. 客户端发回ACK报文确认，并将确认序号设置为收到序号加1。

2. UDP协议

• 简介

UDP，用户数据报协议，英文全称是User Datagram Protocol，它是TCP/IP协议簇中无连接的传输层协议。

• UDP协议格式

 

从图中可以看到，UDP协议十分简单，它由两部分组成：首部和数据。其中，首部仅有8个字节，包括源端口和目的端口，长度（UDP用于数据报的长度）、校验和。

3. HTTP协议

• 简介

HTTP，超文本传输协议，英文全称是Hypertext Transfer Protocol，它是互联网上应用最为广泛的一种网络协议。HTTP是一种应用层协议，它是基于TCP协议之上的请求/响应式的协议，即一个客户端与服务器建立连接后，向服务器发送一个请求；服务器接到请求后，给予相应的响应信息。HTTP协议默认的端口号为80.

现在使用的HTTP协议是HTTP/1.1版本，1997年之前采用的是HTTP1.0版本。HTTP连接在1.0版本中采用非持续连接工作方式，1.1版本采用的是持续连接工作方式，持续连接是指服务器在发送响应后仍然在一段时间内保持这条由TCP运输层协议建立起来的连接，使客户机和服务器可以继续在这条连接上传输HTTP报文。

是否采用持续连接工作方式，1.0中默认是关闭的，需要在HTTP头加入"Connection:Keep-Alive"，才能启用Keep-Alive。HTTP1.1中默认启用Keep-Alive，如果加入"Connection:close"，才关闭。目前大部分浏览器都是用HTTP1.1协议，也就是说默认都会发起Keep-Alive的连接请求了，所以是否能完成一个完整的Keep- Alive连接就看服务器设置情况。

• HTTP报文

HTTP协议是基于TCP协议之上的请求/响应式协议，下面主要介绍HTTP报文的格式，HTTP报文主要有请求报文和响应报文两种。首先看请求报文的格式：

 

图中SP表示空格，cr lf表示回车和换行

参考文章：https://blog.csdn.net/FullStackDeveloper0/article/details/91871084

 

扩展：HTTPS与HTTP的区别

1、https协议需要到ca申请证书，一般免费证书很少，需要交费。

2、http是超文本传输协议，信息是明文传输，https 则是具有安全性的ssl加密传输协议。

3、http和https使用的是完全不同的连接方式，用的端口也不一样，前者是80，后者是443。

4、http的连接很简单，是无状态的；HTTPS协议是由SSL+HTTP协议构建的可进行加密传输、身份认证的网络协议，比http协议安全。